第一章熱力學(xué)與材料科學(xué)的交叉學(xué)科研究：歷史與現(xiàn)狀第二章熱力學(xué)在材料性能優(yōu)化中的理論框架第三章熱力學(xué)與計(jì)算材料學(xué)的結(jié)合：模擬與預(yù)測(cè)第四章熱力學(xué)在材料合成與制備中的應(yīng)用第五章熱力學(xué)在材料環(huán)境友好性評(píng)估中的應(yīng)用第六章熱力學(xué)與材料科學(xué)的交叉學(xué)科研究：未來(lái)展望101第一章熱力學(xué)與材料科學(xué)的交叉學(xué)科研究：歷史與現(xiàn)狀第1頁(yè)引言：交叉學(xué)科研究的興起能源危機(jī)與環(huán)境問(wèn)題推動(dòng)交叉學(xué)科研究全球能源消耗與化石燃料使用現(xiàn)狀熱力學(xué)與材料科學(xué)的結(jié)合推動(dòng)科技進(jìn)步以鋰離子電池為例的具體數(shù)據(jù)交叉學(xué)科研究推動(dòng)產(chǎn)業(yè)變革全球能源消耗中化石燃料的比例變化3第2頁(yè)歷史回顧：熱力學(xué)與材料科學(xué)的早期結(jié)合吉布斯自由能與相圖理論的奠定吉布斯自由能的提出及其在材料科學(xué)中的應(yīng)用晶體生長(zhǎng)與材料性能研究的興起范霍夫方程在晶體生長(zhǎng)中的應(yīng)用案例計(jì)算材料學(xué)的快速發(fā)展第一性原理計(jì)算和分子動(dòng)力學(xué)的應(yīng)用案例4第3頁(yè)當(dāng)前研究熱點(diǎn)：熱力學(xué)在材料設(shè)計(jì)中的應(yīng)用能源材料的熱力學(xué)應(yīng)用以鈣鈦礦太陽(yáng)能電池為例的具體數(shù)據(jù)金屬材料的熱力學(xué)優(yōu)化以高強(qiáng)度鋼和鋁合金為例的具體數(shù)據(jù)催化材料的熱力學(xué)設(shè)計(jì)以CO2還原制甲醇催化劑為例的具體數(shù)據(jù)5第4頁(yè)研究挑戰(zhàn)與未來(lái)方向原子尺度與宏觀尺度之間的耦合挑戰(zhàn)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的復(fù)雜性高溫高壓條件下的性能測(cè)量挑戰(zhàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的熱力學(xué)模型的建立從海量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中提取關(guān)鍵規(guī)律的挑戰(zhàn)多尺度模擬的精度問(wèn)題602第二章熱力學(xué)在材料性能優(yōu)化中的理論框架第5頁(yè)引言：性能優(yōu)化的需求與熱力學(xué)基礎(chǔ)材料性能優(yōu)化的工業(yè)需求以航空航天材料為例的具體數(shù)據(jù)熱力學(xué)在材料性能優(yōu)化中的理論基礎(chǔ)以Helmholtz自由能函數(shù)為例的具體數(shù)據(jù)材料性能優(yōu)化的具體案例以鋁合金和不銹鋼為例的具體數(shù)據(jù)8第6頁(yè)熱力學(xué)基本理論：自由能、相圖與穩(wěn)定性判據(jù)吉布斯自由能和Helmholtz自由能的提出及其應(yīng)用案例相圖理論在材料科學(xué)中的應(yīng)用以不銹鋼相圖為例的具體數(shù)據(jù)穩(wěn)定性判據(jù)在材料設(shè)計(jì)中的應(yīng)用以金屬催化劑表面反應(yīng)為例的具體數(shù)據(jù)自由能的概念和應(yīng)用9第7頁(yè)案例分析：熱力學(xué)在金屬材料性能優(yōu)化中的應(yīng)用高強(qiáng)度鋼的性能優(yōu)化以馬氏體鋼為例的具體數(shù)據(jù)鋁合金的輕量化設(shè)計(jì)以Al-Mg-Si合金為例的具體數(shù)據(jù)鈦合金的高溫性能優(yōu)化以Ti-6Al-4V合金為例的具體數(shù)據(jù)10第8頁(yè)工業(yè)應(yīng)用潛力與挑戰(zhàn)以新型電池材料為例的具體數(shù)據(jù)當(dāng)前面臨的挑戰(zhàn)熱力學(xué)模型的計(jì)算效率問(wèn)題未來(lái)研究方向多尺度模擬和人工智能的發(fā)展熱力學(xué)在材料性能優(yōu)化中的工業(yè)應(yīng)用潛力1103第三章熱力學(xué)與計(jì)算材料學(xué)的結(jié)合：模擬與預(yù)測(cè)第9頁(yè)引言：計(jì)算材料學(xué)的興起與熱力學(xué)基礎(chǔ)全球計(jì)算材料學(xué)軟件市場(chǎng)規(guī)模變化熱力學(xué)在計(jì)算材料學(xué)中的應(yīng)用以石墨烯為例的具體數(shù)據(jù)計(jì)算材料學(xué)的優(yōu)勢(shì)與挑戰(zhàn)以鋰離子電池為例的具體數(shù)據(jù)計(jì)算材料學(xué)的興起與發(fā)展13第10頁(yè)計(jì)算方法：第一性原理計(jì)算與分子動(dòng)力學(xué)DFT在材料科學(xué)中的應(yīng)用案例分子動(dòng)力學(xué)（MD）的基本原理MD在材料科學(xué)中的應(yīng)用案例兩種方法的結(jié)合DFT和MD結(jié)合在材料設(shè)計(jì)中的應(yīng)用案例第一性原理計(jì)算（DFT）的基本原理14第11頁(yè)案例分析：計(jì)算材料學(xué)在能源材料中的應(yīng)用以DFT模擬為例的具體數(shù)據(jù)鋰離子電池的電極材料設(shè)計(jì)以MD模擬為例的具體數(shù)據(jù)熱電材料的性能優(yōu)化以DFT模擬為例的具體數(shù)據(jù)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的性能優(yōu)化15第12頁(yè)計(jì)算精度與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：挑戰(zhàn)與展望熱力學(xué)模型的計(jì)算效率問(wèn)題實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的復(fù)雜性高溫高壓條件下的性能測(cè)量挑戰(zhàn)未來(lái)研究方向多尺度模擬和人工智能的發(fā)展計(jì)算精度問(wèn)題1604第四章熱力學(xué)在材料合成與制備中的應(yīng)用第13頁(yè)引言：材料合成的需求與熱力學(xué)基礎(chǔ)材料合成在工業(yè)界的重要性全球材料合成市場(chǎng)規(guī)模變化熱力學(xué)在材料合成中的理論基礎(chǔ)以相圖理論為例的具體數(shù)據(jù)材料合成的具體案例以石墨烯和金屬催化劑為例的具體數(shù)據(jù)18第14頁(yè)熱力學(xué)基本理論：相平衡、熱分解與成核理論相平衡理論相圖在材料合成中的應(yīng)用案例熱分解理論熱分解在材料合成中的應(yīng)用案例成核理論成核理論在材料合成中的應(yīng)用案例19第15頁(yè)案例分析：熱力學(xué)在新型材料合成中的應(yīng)用以石墨烯和黑磷為例的具體數(shù)據(jù)金屬合金的合成以不銹鋼和鋁合金為例的具體數(shù)據(jù)熱解材料的合成以生物質(zhì)熱解為例的具體數(shù)據(jù)二維材料的合成20第16頁(yè)工業(yè)應(yīng)用潛力與挑戰(zhàn)熱力學(xué)在材料合成中的工業(yè)應(yīng)用潛力以新型電池材料為例的具體數(shù)據(jù)當(dāng)前面臨的挑戰(zhàn)熱力學(xué)模型的計(jì)算效率問(wèn)題未來(lái)研究方向多尺度模擬和人工智能的發(fā)展2105第五章熱力學(xué)在材料環(huán)境友好性評(píng)估中的應(yīng)用第17頁(yè)引言：環(huán)境友好性的需求與熱力學(xué)基礎(chǔ)全球綠色材料市場(chǎng)規(guī)模變化熱力學(xué)在環(huán)境友好性評(píng)估中的理論基礎(chǔ)以環(huán)境自由能為例的具體數(shù)據(jù)材料環(huán)境友好性評(píng)估的具體案例以生物降解塑料和熱解材料為例的具體數(shù)據(jù)環(huán)境友好性在材料科學(xué)中的重要性23第18頁(yè)熱力學(xué)基本理論：環(huán)境自由能、降解動(dòng)力學(xué)與轉(zhuǎn)化過(guò)程環(huán)境自由能在材料環(huán)境友好性評(píng)估中的應(yīng)用案例降解動(dòng)力學(xué)理論降解動(dòng)力學(xué)在材料環(huán)境友好性評(píng)估中的應(yīng)用案例轉(zhuǎn)化過(guò)程理論轉(zhuǎn)化過(guò)程在材料環(huán)境友好性評(píng)估中的應(yīng)用案例環(huán)境自由能理論24第19頁(yè)案例分析：熱力學(xué)在生物降解材料中的應(yīng)用生物降解塑料的合成以PHA為例的具體數(shù)據(jù)環(huán)境友好材料的合成以生物基塑料為例的具體數(shù)據(jù)熱解材料的合成以生物質(zhì)熱解為例的具體數(shù)據(jù)25第20頁(yè)工業(yè)應(yīng)用潛力與挑戰(zhàn)以新型生物降解塑料為例的具體數(shù)據(jù)當(dāng)前面臨的挑戰(zhàn)熱力學(xué)模型的計(jì)算效率問(wèn)題未來(lái)研究方向多尺度模擬和人工智能的發(fā)展熱力學(xué)在材料環(huán)境友好性評(píng)估中的工業(yè)應(yīng)用潛力2606第六章熱力學(xué)與材料科學(xué)的交叉學(xué)科研究：未來(lái)展望第21頁(yè)引言：未來(lái)研究的趨勢(shì)與挑戰(zhàn)多尺度模擬和人工智能的發(fā)展當(dāng)前面臨的挑戰(zhàn)熱力學(xué)模型的計(jì)算效率問(wèn)題未來(lái)研究方向數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的熱力學(xué)模型的建立未來(lái)研究的趨勢(shì)28第22頁(yè)未來(lái)研究方向：多尺度模擬與人工智能結(jié)合DFT、MD和有限元方法的具體數(shù)據(jù)人工智能的應(yīng)用基于AI的熱力學(xué)模型的具體數(shù)據(jù)材料數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建整合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和模擬結(jié)果的具體數(shù)據(jù)多尺度模擬的發(fā)展29第23頁(yè)案例分析：未來(lái)材料設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)與機(jī)遇新型能源材料的開發(fā)以鈣鈦礦太陽(yáng)能電池為例的具體數(shù)據(jù)環(huán)境友好材料的開